用闭模轧锻工艺生产铁路工业锻件

轴向闭模轧锻工艺，是用于生产回转体精密锻件的新工艺，特别适合于生产圆形工件。

这种既轧又锻的加工方式，将环圈轧制和热模锻两者的优越性集中在一个过程中，也就是说，局部变形受力加闭式锻造的公差。局部变形受力意味着减少变形抗力，这就减小了机器的吨位，加大了机器的抗变形能力和刚度，自然也就能生产出最精密的锻件。

采用轴向闭模轧锻工艺生产出的精密锻件，锻坯用料较少，且允许小的机加工预留量。这种工艺与传统的热模锻工艺相比，为人们提供了一种更有经济效益的工艺方法。在锻造工业中，已经有若干这样的全自动化设备供生产使用。由于采用了快速更换模具的装置和cnc程序控制，这样的设备同样可用于柔性化生产。

一、产品和应用

适合采用轴向闭模轧锻工艺生产的铁路火车工业精密锻件，按照其特征，可以分成两大类，圆盘型锻件(图1a)和环圈型锻件(图1b,1c)。

带有小的中心孔或者不带中心孔的工件(圆盘型锻件)有：

(1)火车和地铁的车轮
(2)轮毂类盘件
(3)城市街道车辆和地铁车辆的轮毂
(4)轮轴法兰件
(5)齿轮盘

带有大的中心孔的工件(环圈型锻件)有：

(1)用在传动齿轮箱里的齿圈，比如，直齿圈和斜齿圈
(2)连接件，比如，法兰
(3)履带传动链齿轮
(4)滚动轴承环圈，比如，球面滚子轴承环圈和止推轴承环圈

最初，闭模轧锻工艺被用来生产轿车的齿轮圈，现今，其应用范围扩展到大的锻件，包括卡车的齿轮圈、法兰，甚至火车的车轮。

图1轧锻工艺生产的精密锻件
(a)圆盘形锻件(b)、(c)在agw机上生产的环圈型锻件

只要采用的材料具有可锻性，不论是热锻，温锻，还是冷锻，都可以采用轴向闭模轧锻的方式生产，当然，主要还是采用热锻的方式。

二、生产工艺技术、机器设备和模具系统

图2示出了轴向闭模轧锻工艺的工作原理。下模由转矩m驱动，绕竖直旋转轴旋转。上模轴线相对于下模轴线有一个α倾斜角。工件被放置在下模具里，上模凸面跟工件的最初接触为线接触，这是因为上模呈锥形的缘故。如果施加一个f力于上模，使之压入工件，压入量为δf。上模的凸面与工件此时的接触面就成为了一个抛物面。一旦模具旋转，工件上承受着压力的接触面就变成了一个半抛物面，即用阴影表示的ap。

图2轴向闭模轧锻工艺的工作原理

图3示出了一台agw125-280型的轴向闭模轧锻机(最大轧制力1250kn，最大工件外径280mm)。我们生产的机器规格范围是轧制力从630kn到16000kn。

图3agw型轴向闭模轧锻机

图4显示了轴向闭模轧锻机内的模具系统。在将模具装入机器里之前，先将它装入一个模架里，尔后，作为一个完整的单元装入机器内。再给机器配置一个快速夹紧的装置，以便加速更换上下模具。模架被设计成为可以容纳一系列不同规格尺寸的模芯。在机身里装有一个顶料器，它可以将轧制完毕的工件从下模里顶出来。将上模插入到下模里，起到对中导向的作用，可以减小机器滑块导向的误差和机器的弹性变形对工件精度之不良影响，也取消了型腔的拔模斜角。

图4轴向闭模轧锻机的模具区

三、轴向闭模轧锻生产线

生产圆盘形状工件，比如，火车的车轮。先将工件放在转盘式的加热炉里加热，送入制坯压力机里预锻成初形，跟下来在轴向闭模轧锻机内轧制成最终的形状。锻好的热锻件可以被直接送到临近的调质退火炉里，进行后续的热处理工艺。整个过程全自动化，设备之间通过输送带或者操作机器手来连接。

生产环圈形状工件，在制坯压力机上把坯料预锻成初形，初形具有一个很小的中心孔。中心孔越小，浪费的材料就越少。接下来，在一个扩孔机(轧环机)里，把具有初形的坯料扩成环圈状，满足轴向闭模轧锻机所需的坯件形状。图1b,1c所示的工件，就可以采用merw型扩孔机来完成这个制坯的扩孔工序。

图5示出了一条轴向闭模轧锻生产线。一个送料装置先把冷剪的坯料放入感应加热炉，加热至锻造温度。在制坯压力机上分几步把坯料预锻成初形，冲中心孔。再在merw打孔机完成材料体积的分布工作，然后，由agw轴向闭模轧锻机来把工件轧制成为最终形状或者接近最终形状。

图5轴向闭模轧锻生产线
1.送料装置2.感应加热炉3.换模装置4.制坯压力机5.步进式操作机6.输送装置
7.扩孔机8.输送装置9.轴向闭模轧锻机10.工件输出装置11.控制室

图6所示为火车轮轴系所用双滚子轴承环工件，可以采用轴向闭模轧锻生产线来生产加工，是一种最具经济效益的生产方式。

图6双滚子轴承环轧锻坯料和成品
(a)轧锻环圈型锻件(b)锻制坯料

采用扩孔机merw，也可将带有中心孔的预锻成形坯料直接轧制成最终形状。图7所示为采用merw可轧锻的各类工件剖面图。

merw型的径向扩孔机采用机械传力方式，轧辊芯的两个端部都有支承，加之高刚度的机器结构设计和精密的环圈外径测量系统，从而保证了很小的公差。工件的加工余量自然减少，也不必用校正压力机来校正尺寸。

在一个转盘机架上安置了三个轧辊芯，在轧制的过程中，同时进行着上下料的工作，如此一来，缩短了整个的轧制工作周期。